碳納米管增強鎂基復合材料細觀力學分析.pdf

1、根據(jù)高性能材料發(fā)展要求，設計細觀結(jié)構(gòu)是21世紀材料科學發(fā)展的方向之一。建立復合材料宏觀性能與細觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)系是對復合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和強度設計的關(guān)鍵。本文介紹了鎂基復合材料模型建立、發(fā)展和研究狀況，給出了解析計算公式及適用條件，并加以分析和比較。
　　 本文采用剪切滯后模型，通過細觀力學方法分析了含有界面層的碳納米管增強鎂基復合材料應力場的分布和應力傳遞效率，分析表明：載荷通過剪切應力在兩相接觸的端部傳遞到增強體碳納米管上，碳納米管增

2、強鎂基復合材料的應力集中主要發(fā)生在相接觸面的端部，這與很多實驗現(xiàn)象相吻合。結(jié)果顯示在碳納米管增強鎂基復合材料的界面層厚度為9nm時，應力傳遞效率為最佳值；復合材料長徑比小于9時，長徑比的變化對應力傳遞效率影響較大。以細觀力學理論為基礎，利用剪切滯后模型推導出碳納米管增強鎂基復合材料有效彈性模量的細觀力學解析計算公式，分析了碳納米管增強鎂基復合材料中各組分參數(shù)對復合材料彈性模量的影響。結(jié)果表明：界面層的泊松比和彈性模量較小時對鎂基復合材料

3、的彈性模量影響較大；碳納米管的體積分數(shù)和長度對鎂基復合材料的彈性模量影響是有限的；鎂基復合材料的彈性模量隨界面層厚度的增加而增加。
　　 本研究建立了碳納米管增強鎂基復合材料界面彈性應力傳遞摩擦拔出模型，得到了復合材料各組分的應力和應變。考慮泊松效應和界面上摩擦應力的作用，基于界面分離過程的能量平衡和界面應變失配原則，得到了界面能釋放率和裂紋位移展開輪廓的表達式。分別從界面能釋放率和裂紋位移展開輪廓兩個方面研究了復合材料性能參數(shù)

4、對碳納米管增強鎂基復合材料斷裂的影響。結(jié)果表明：界面層分離長度和厚度較大或碳納米管長徑比較小時對復合材料的界面分離影響較大；界面材料的楊氏模量和泊松比越大則裂紋位移展開輪廓就越大，并對能釋放率的影響存在著最佳值。采用剪切滯后模型理論，分析碳納米管增強鎂基復合材料受載時作用在復合材料上各組分的應力；綜合考慮復合材料各種強化機制的基礎上，引入各組分性能參數(shù)對復合材料屈服強度的影響，建立碳納米管增強鎂基復合材料的屈服強度模型。結(jié)果表明：CNT